点云剖面量测系统及方法.pdf

《点云剖面量测系统及方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《点云剖面量测系统及方法.pdf（15页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 104344795 A (43)申请公布日 2015.02.11 C N 1 0 4 3 4 4 7 9 5 A (21)申请号 201310314188.2 (22)申请日 2013.07.24 G01B 21/00(2006.01) G01B 21/04(2006.01) G01B 21/22(2006.01) (71)申请人鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 地址 518109 广东省深圳市宝安区龙华镇油 松第十工业区东环二路2号 申请人鸿海精密工业股份有限公司 (72)发明人张旨光 吴新元 刘义 (54) 发明名称 点云剖面量测系统及方法 (57) 摘要 一种点云。

2、剖面量测系统及方法，其包括：读取 待测产品的点云数据；对所读取的点云进行三角 网格划分，并输出由所有三角形构成的队列A；根 据所获取的点云数据及待测产品的待测剖面来创 建基准平面PLN；根据基准平面PLN和用户所选择 的元素类型创建三维工件坐标系；计算所有点云 的三维工件坐标；获取多个待量测的量测元素在 基准平面PLN上的位置；根据所获取的多个待量 测的量测元素在基准平面PLN上的位置来提取每 个所述待量测的量测元素所对应的点云；根据每 个所述待量测的量测元素的所对应的点云数据， 利用所述拟合算法拟合所述待量测的量测元素； 根据所拟合出的所述待量测的量测元素的方程计 算所述待量测的量测元素间的。

3、距离、夹角。 (51)Int.Cl. 权利要求书3页 说明书5页 附图6页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书5页 附图6页 (10)申请公布号 CN 104344795 A CN 104344795 A 1/3页 2 1.一种点云剖面量测系统，其特征在于，该系统包括： 读取模块，用于读取待测产品的点云数据； 网格化模块，用于对所读取的点云进行三角网格划分以得到所述待测产品的三维模型 上的所有三角形，并输出由所有所述三角形构成的队列A； 创建基准平面模块，用于根据所读取的点云数据及待测产品的待测剖面来创建基准平 面PLN； 创建工件坐标系模块，用。

4、于根据基准平面PLN和用户所选择的元素类型创建三维工件 坐标系； 计算模块，用于计算点云中所有点的三维工件坐标； 获取模块，用于获取多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置； 提取模块，用于根据所获取的多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置来提取 每个所述待量测的量测元素所对应的点云； 拟合模块，用于根据每个所述待量测的量测元素所对应的点云中所有点的三维工件坐 标，利用拟合算法拟合出所述待量测的量测元素； 所述计算模块，还用于根据所拟合出的所述待量测的量测元素计算所述待量测的量测 元素之间的距离、夹角。 2.如权利要求1所述的点云剖面量测系统，其特征在于，该系统还包括： 绘制模块，用。

5、于将所述待量测的量测元素绘制在所述基准平面PLN上，并以图形化的 形式将所绘制的图形及量测后的结果显示在显示设备上。 3.如权利要求1所述的点云剖面量测系统，其特征在于，所述创建基准平面模块创建 基准平面PLN的过程包括： 获取待测剖面上所预设的直线上的点； 根据所获取的直线上的点计算出直线L的方程，并拉伸直线L以计算出待测产品的待 测剖面，该待测剖面记为平面PL； 计算平面PL与队列A中每个三角形的每条边的交点T，并将所有交点T存储于数组PTA 中； 利用拟合算法将数组PTA中所有点拟合成一个平面PL1； 将所述平面PL1补正为基准平面PLN。 4.如权利要求3所述的点云剖面量测系统，其特征。

6、在于，将所述平面PL1补正为基准平 面PLN的过程包括： 将平面PL1投影以得到其正视图； 计算平面PL1与正视图的夹角、正视图的中心及所述平面PL1的中心； 根据所述夹角来旋转平面PL1使平面PL1与正视图平行； 平移平面PL1的中心至所述正视图的中心，得到所述基准平面PLN。 5.如权利要求1所述的点云剖面量测系统，其特征在于，创建工件坐标系模块创建三 维工件坐标系的过程包括： 利用所读取点云中所有点的三维机械坐标并结合所述拟合算法迭代拟合用户所选的 元素类型，所述元素类型包括，但不限于，圆、线、面、圆柱及其组合； 将所拟合的元素类型投影到所述基准平面PLN上，并记录每个投影点； 权 利 。

7、要 求 书CN 104344795 A 2/3页 3 利用所述基准平面PLN上的所述投影点拟合两条相互垂直并相交的直线，两线相交的 点为原点，其中一条直线作为X轴，另一条直线作为Y轴； 在垂直所述基准平面PLN的法线方向上拟合一条直线作为Z轴。 6.如权利要求3所述的点云剖面量测系统，其特征在于，所述直线L的拉伸方向垂直于 所述队列A中所有三角形的平均法向。 7.一种点云剖面量测方法，其特征在于，该方法包括： 读取步骤，读取待测产品的点云数据； 网格化步骤，对所读取的点云进行三角网格划分以得到所述待测产品的三维模型上的 所有三角形，并输出由所有所述三角形构成的队列A； 创建基准平面步骤，根据所。

8、读取的点云数据及待测产品的待测剖面来创建基准平面 PLN； 创建工件坐标系步骤，根据基准平面PLN和用户所选择的元素类型创建三维工件坐标 系； 计算步骤一，计算点云中所有点的三维工件坐标； 获取步骤，获取多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置； 提取步骤，根据所获取的多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置来提取每个 所述待量测的量测元素所对应的点云； 拟合步骤，根据每个所述待量测的量测元素所对应的点云中所有点的三维工件坐标， 利用拟合算法拟合出所述待量测的量测元素； 计算步骤二，根据所拟合的所述待量测的量测元素计算所述待量测的量测元素之间的 距离、夹角。 8.如权利要求7所述的点云。

9、剖面量测方法，其特征在于，该方法还包括： 绘制步骤，将所述待量测的量测元素绘制在所述基准平面PLN上，并以图形化的形式 将所绘制的图形及量测后的结果显示在显示设备上。 9.如权利要求7所述的点云剖面量测方法，其特征在于，所述创建基准平面PLN的步骤 包括： 获取待测剖面上所预设的直线上的点； 根据所获取的直线上的点计算出直线L的方程，并拉伸直线L以计算出待测产品的待 测剖面，该待测剖面记为平面PL； 计算平面PL与队列A中每个三角形的每条边的交点T，并将所有交点T存储于数组PTA 中； 利用拟合算法将数组PTA中所有点拟合成一个平面PL1； 将所述平面PL1补正为基准平面PLN。 10.如权利。

10、要求9所述的点云剖面量测方法，其特征在于，将所述平面PL1补正为基准 平面PLN的步骤包括： 将平面PL1投影以得到其正视图； 计算平面PL1与正视图的夹角、正视图的中心及所述平面PL1的中心; 根据所述夹角来旋转平面PL1使平面PL1与正视图平行; 平移平面PL1的中心至所述正视图的中心，得到所述基准平面PLN。 权 利 要 求 书CN 104344795 A 3/3页 4 11.如权利要求7所述的点云剖面量测方法，其特征在于，创建三维工件坐标系的步骤 包括： 利用所有点云的三维机械坐标并结合所述拟合算法迭代拟合用户所选的元素类型，所 述元素类型包括，但不限于，圆、线、面、圆柱及其组合； 将。

11、所拟合的元素类型投影到所述基准平面PLN上，并记录每个投影点； 利用所述基准平面PLN上的所述投影点拟合两条相互垂直并相交的直线，两线相交的 点为原点，其中一条直线作为X轴，另一条直线作为Y轴； 在垂直所述基准平面PLN的法线方向上拟合一条直线作为Z轴。 12.如权利要求9所述的点云剖面量测方法，其特征在于，所述直线L的拉伸方向垂直 于所述队列A中所有三角形的平均法向。 权 利 要 求 书CN 104344795 A 1/5页 5 点云剖面量测系统及方法 技术领域 0001 本发明涉及一种剖面量测系统及方法，尤其涉及一种点云剖面量测系统及方法。 背景技术 0002 在量测处理软件中进行量测操作。

12、时，简易便捷地对产品的剖面进行量测才能顺应 用户的需求，这也是设计者一直都在不懈追求的目标。然而，在当今的量测处理软件中，能 很好地量测产品的曲面是否符合标准，但并不能智能化地根据用户的需求量测产品的剖面 局部特征，并同时将量测结果直观地输出。 发明内容 0003 鉴于以上内容，有必要提供一种点云剖面量测系统及方法，其可以精确量测产品 剖面上的特征，并能图形化地显示量测结果，并智能输出量测结果。 0004 一种点云剖面量测系统，该系统包括：读取模块，用于读取待测产品的点云数据； 网格化模块，用于对所读取的点云进行三角网格划分以得到所述待测产品的三维模型上的 所有三角形，并输出由所有所述三角形构。

13、成的队列A；创建基准平面模块，用于根据所读取 的点云数据及待测产品的待测剖面来创建基准平面PLN；创建工件坐标系模块，用于根据 基准平面PLN和用户所选择的元素类型创建三维工件坐标系；计算模块，用于计算点云中 所有点的三维工件坐标；获取模块，用于获取多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的 位置；提取模块，用于根据所获取的多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置来提 取每个所述待量测的量测元素所对应的点云；拟合模块，用于根据每个所述待量测的量测 元素所对应的点云中所有点的三维工件坐标，利用拟合算法拟合出所述待量测的量测元 素；所述计算模块，还用于根据所拟合的所述待量测的量测元素计算所述待量。

14、测的量测元 素之间的距离、夹角。 0005 一种点云剖面量测方法，该方法包括：读取步骤，读取待测产品的点云数据；网格 化步骤，对所读取的点云进行三角网格划分以得到所述待测产品的三维模型上的所有三角 形，并输出由所有所述三角形构成的队列A；创建基准平面步骤，根据所读取的点云数据及 待测产品的待测剖面来创建基准平面PLN；创建工件坐标系步骤，根据基准平面PLN和用户 所选择的元素类型创建三维工件坐标系；计算步骤一，计算点云中所有点的三维工件坐标； 获取步骤，获取多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置；提取步骤，根据所获取的 多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置来提取每个所述待量测的量。

15、测元素所对 应的点云；拟合步骤，根据每个所述待量测的量测元素所对应的点云中所有点的三维工件 坐标，利用拟合算法拟合出所述待量测的量测元素；计算步骤二，根据所拟合的所述待量测 的量测元素计算所述待量测的量测元素之间的距离、夹角。 0006 相较于现有技术，所述点云剖面量测系统及方法，其可以在待测产品的点云数据 三角网格划分后，提取剖面上待量测的量测元素，并计算量测元素间的距离及夹角使用户 能直观地分析该待测产品是否符合要求。同时，能图形化地显示量测结果，并智能输出量测 说 明 书CN 104344795 A 2/5页 6 结果。 附图说明 0007 图1是本发明点云剖面量测系统的应用环境图。 0。

16、008 图2是本发明点云剖面量测系统的模块图。 0009 图3是本发明点云剖面量测方法的较佳实施例的流程图。 0010 图4是步骤S12的细化流程图。 0011 图5是步骤S13的细化流程图。 0012 图6是基准平面PLN上的X、Y轴示意图。 0013 图7是量测结果的图形化示意图。 0014 主要元件符号说明 0015 点云剖面量测系统10 计算装置1 存储设备20 处理器30 显示设备40 读取模块100 网格化模块101 创建基准平面模块102 创建工件坐标系模块103 计算模块104 获取模块105 提取模块106 拟合模块107 绘制模块108 0016 0017 如下具体实施方式。

17、将结合上述附图进一步说明本发明。 具体实施方式 说 明 书CN 104344795 A 3/5页 7 0018 如图1所示，是本发明点云剖面量测系统的应用环境图。该点云剖面量测系统10 安装并运行于计算装置1。该计算装置1还包括存储设备20、处理器30及显示设备40。该 计算装置1可以为计算机或其它任何具有数据处理功能的装置。 0019 所述显示设备40是一种LED显示屏或者其它显示器，用于显示量测结果及供用户 选择数据等。 0020 如图2所示，是点云剖面量测系统的模块图。在本实施例中，所述点云剖面量测 系统10包括读取模块100、网格化模块101、创建基准平面模块102、创建工件坐标系模块。

18、 103、计算模块104、获取模块105、提取模块106、拟合模块107及绘制模块108。本发明所称 的模块是指一种能够被处理器30所执行并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段， 其存储在存储设备20中。在本实施例中，关于各模块的功能将在图3的流程图中具体描述。 0021 如图3所示，是本发明点云剖面量测方法的较佳实施例的流程图。根据不同的需 求，该流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略。 0022 步骤S10，读取模块100从计算装置1的存储设备20中读取待测产品的点云数据。 0023 所述点云数据包括点云中所有点的编号及三维机械坐标。 0024 步骤S11，网格化模块101对所读取。

19、的点云进行三角网格划分以得到所述待测产 品的三维模型上的所有三角形，并输出由所有所述三角形构成的队列A。 0025 所述队列A中存储着构成每个三角形的三个顶点的数据，即顶点的编号及所述顶 点的三维机械坐标。在本实施例中，所述队列A可以为一个二维数组，数组的每一行存储着 一个三角形的三个顶点。 0026 步骤S12，创建基准平面模块102根据所读取的点云数据及待测产品的待测剖面 来创建基准平面PLN。 0027 该步骤S12的细化步骤将在图4中详述。 0028 步骤S13，创建工件坐标系模块103根据基准平面PLN和用户所选择的元素类型创 建三维工件坐标系。该步骤S13将在图5中作详细描述。 0。

20、029 步骤S14，在三维工件坐标系下，计算模块104计算点云中所有点的三维工件坐 标。即在三维工件坐标系下，计算所有点到三维工件坐标系的X、Y及Z轴的距离即为其三 维工件坐标。 0030 步骤S15，获取模块105获取多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的位置。 0031 所述待量测的量测元素包括，但不限于线，点，圆。在一实施例中，获取模块105 可获取用户根据待测产品的待测剖面图纸所输入的多个待量测的量测元素在基准平面PLN 上的位置。 0032 在另一实施例中，待测产品的待测剖面图纸可以以文件的形式存储于存储设备20 中，所述待量测的量测元素在待测剖面图纸上有一个标记，所述标记包括文字。

21、，图形及其组 合。获取模块105可根据所述标记在所述图纸上的相对位置获取待量测的量测元素在基准 平面PLN上的位置。 0033 步骤S16，提取模块106根据所获取的多个待量测的量测元素在基准平面PLN上的 位置来提取每个所述待量测的量测元素所对应的点云。 0034 步骤S17，拟合模块107根据每个所述待量测的量测元素所对应的点云中所有点 的三维工件坐标，利用拟合算法拟合每个所述待量测的量测元素。 说 明 书CN 104344795 A 4/5页 8 0035 在本实施例中，拟合模块107拟合每个所述待量测的量测元素的方程。 0036 步骤S18，计算模块104根据所拟合的每个待量测的量测元。

22、素的方程计算所述待 量测的量测元素之间的距离、夹角。 0037 步骤S19，绘制模块108将所述待量测的量测元素绘制在所述基准平面PLN上， 并以图形化的形式将所绘制的图形及量测后的结果显示在显示设备40上使用户能直观观 察。 0038 在本较佳实施例中，以待量测的量测元素为两条直线为例说明本发明。如图7所 示，是量测结果的图形化示意图。直线L1及L2为基准平面PLN上所拟合的待量测的量测 元素。得到直线L1及L2的过程为：获取模块105先获取待量测的量测元素直线L1及L2 在基准平面PLN上的位置，提取模块106根据L1及L2在基准平面PLN上的位置提取L1及 L2各自所对应的点云，拟合模块。

23、107根据L1及L2各自所对应的点云中所有点的三维工件 坐标拟合出L1及L2的方程，计算模块104根据所述拟合出的L1及L2的方程计算L1与L2 间的距离，L1与L2间的距离值为21.07个单位。 0039 在本实施例中，所述基准平面PLN上包括，但不限于，待测产品的点云、坐标轴、所 拟合的待量测的量测元素等。在以图形化的形式显示的同时，所绘制的图形及量测后的结 果也可以以文字报告的形式输出，达到直观显示给用户查看。 0040 如图4所示，是步骤S12的细化流程图。根据不同的需求，该流程图中步骤的顺序 可以改变，某些步骤可以省略。 0041 步骤S120，创建基准平面模块102获取待测剖面上所。

24、预设的直线上的点。 0042 所述直线的位置为用户事先所设定的。在一实施例中，所预设的直线被标示在待 测产品图纸上，用户可根据所预设的直线在待测产品图纸上的位置在显示设备40上选取 所述直线所对应的点。创建基准平面模块102可接收用户在显示设备40上所选取的所述 直线所对应的点。 0043 在另一实施例中，所述待测产品图纸可以以文件的形式存储于存储设备20中，创 建基准平面模块102可根据所述直线在图纸上的位置来自动获取该位置所对应的点。 0044 步骤S121，创建基准平面模块102根据所获取的直线上的点计算出直线L的方程， 并利用平面拉升的方法拉伸直线L以计算出待测产品的待测剖面，该剖面记。

25、为平面PL。 0045 所述队列A中每个三角形都有一个法向，所述直线L的拉伸方向垂直于所述队列 A中所有三角形的平均法向。在本实施例中，以队列中有三个三角形B1、B2及B3为例，B1 的法向与水平面成30度，B2的法向与水平面成60度，B3的法向与水平面成90度，则所述 直线L的拉伸方向为与水平面成60度（30+60+90）/3=60度）。 0046 步骤S122，创建基准平面模块102计算平面PL与队列A中每个三角形的每条边的 交点T，并将所有交点T存储于数组PTA中。 0047 步骤S123，创建基准平面模块102利用拟合算法将数组PTA中所有点拟合成一个 平面PL1。 0048 所述拟合。

26、算法包括，但不限于，最小二乘法及牛顿迭代法。 0049 步骤S124，创建基准平面模块102将所述平面PL1补正为基准平面PLN。 0050 所述基准平面PLN为一个正视图。所述正视图为平面PL1投影在其背后的投影面 上的视图。所述正视图可便于用户从正面直接观察待测产品的剖面，同时也便于测量。所 说 明 书CN 104344795 A 5/5页 9 述创建基准平面模块102的补正过程包括： 0051 （a1）将平面PL1投影以得到其正视图； 0052 （a2）计算平面PL1与正视图的夹角、正视图的中心及所述平面PL1的中心； 0053 （a3）根据所述夹角来旋转平面PL1使平面PL1与正视图平。

27、行； 0054 （a4）平移平面PL1的中心至所述正视图的中心，便可得到所述基准平面PLN。 0055 如图5所示，是步骤S13的细化流程图。根据不同的需求，该流程图中步骤的顺序 可以改变，某些步骤可以省略。 0056 步骤S130，创建工件坐标系模块103利用所读取的点云中所有点的三维机械坐标 并结合拟合算法迭代拟合用户所选的元素类型。所述元素类型包括，但不限于，圆、线、面、 圆柱及其组合等。 0057 步骤S131，创建工件坐标系模块103将所拟合的元素类型投影到所述基准平面 PLN上，并记录每个投影点。 0058 步骤S132，创建工件坐标系模块103利用所述基准平面PLN上的所述投影点。

28、拟合 两条相互垂直并相交的直线。如图6所示，在所述基准平面PLN上拟合两条垂直的直线，两 线相交的点为原点，其中一条直线作为如图6所示的X轴，另一条直线作为如图6所示的Y 轴。 0059 步骤S133，创建工件坐标系模块103在垂直所述基准平面PLN的法线方向上拟合 一条直线作为Z轴。 0060 通过本发明，所述点云剖面量测系统及方法，其可以在待测产品的点云数据三角 网格划分后，提取剖面上待量测的量测元素，并计算量测元素间的距离及夹角使用户能直 观地分析该待测产品是否符合要求。同时，能图形化地显示量测结果，并智能输出量测结 果。 0061 最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而。

29、非限制，尽管参照 较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的 技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。 说 明 书CN 104344795 A 1/6页 10 图1 说 明 书 附 图CN 104344795 A 10 2/6页 11 图2 说 明 书 附 图CN 104344795 A 11 3/6页 12 图3 说 明 书 附 图CN 104344795 A 12 4/6页 13 图4 说 明 书 附 图CN 104344795 A 13 5/6页 14 图5 说 明 书 附 图CN 104344795 A 14 6/6页 15 图6 图7 说 明 书 附 图CN 104344795 A 15 。